熱傳導增強型C-C復合材料導熱性能及其模擬.pdf

1、C/C復合材料被廣泛應用于許多超高溫及溫度劇烈變化的極端環(huán)境，并且需要將所產(chǎn)生的熱量迅速傳遞出去，避免系統(tǒng)產(chǎn)生的過量熱量對相鄰部件的損傷。要求C/C復合材料不僅具有較高的熱導率，而且還需將傳輸熱量的方向也加以控制。本文在進行大量實驗研究的基礎上，深入、系統(tǒng)地研究了提高單向C/C復合材料熱導率的方法，為C/C復合材料導熱性能的研究提供一定的依據(jù)。
　　 本文通過Hummers法制備出氧化石墨烯，經(jīng)熱處理后獲得氧化石墨熱處理物，在透

2、射電子顯微鏡下觀察了石墨烯及其熱處理物的形貌特征，獲得了具有典型褶皺結構的氧化石墨烯片層，最大的片層可達幾十微米。成功的將氧化石墨烯及其熱處理物引入了單向C/C復合材料中，采用場發(fā)射掃描電鏡觀察到氧化石墨烯及熱處理物片層覆蓋在炭纖維表面，顯示出其獨特的石墨烯褶皺。
　　 利用單向C/C復合材料的結構優(yōu)勢，探討了不同種類炭纖維(PAN基炭纖維、中間相瀝青基XN60和P25炭纖維)、不同基體炭(中間相瀝青、中溫瀝青)、熱疏導功能體(

3、石墨、氧化石墨烯)以及制備工藝過程(模壓、炭化、石墨化)對單向C/C復合材料導熱性能及取向性能的影響。獲得了熱導率高達510.89W/m.K的XN60炭纖維樣品，發(fā)現(xiàn)作為單向導熱材料，中間相瀝青比中溫瀝青具有更優(yōu)越的熱物理性能。添加了熱疏導功能體氧化石墨烯熱處理物的炭化樣品，有效地將材料的熱導率較未添加的樣品提高約一倍。隨著熱處理工藝階段的進行，材料的微晶尺寸在增大，整體取向性較大提高的同時，熱導率也逐漸增大。石墨材料的導熱性能與取向性

4、能是相互聯(lián)系的。
　　 結合實驗所得數(shù)據(jù)，利用已知的材料物性參數(shù)進行數(shù)學模擬，采用了6ambit前處理軟件來建立模型及生成網(wǎng)格，由Fluent求解，TecPlot軟件進行后處理，考察了當材料分別為各向同性和各向異性時，在理想狀態(tài)下材料的熱導率。在平行方向上，實際測量的單向C/C復合材料熱導率值，介于假定石墨熱導率為300W/m.K、400W/m.K時的模擬計算結果，高于當石墨導熱為各向同性時129 W/m.K的熱導率值，證明了所